CN110593205B - 一种高位碎屑流多级自适应障桩群减灾结构及实施方法 - Google Patents

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Abstract

一种高位碎屑流多级自适应障桩群减灾结构及实施方法，属于地质灾害防治安全技术领域，包括：第一排马蹄形钢筋混凝土障桩(1)、第二排矩形钢筋混凝土障桩(2)、以及第三排矩形钢筋混凝土护底桩(3)。桩顶布设主动消能网(4)，且主动消能网靠近山体(5)侧贴近山体(5)布置。本发明用障桩群、主动消能网对含有大量块石的碎屑流起到多级多阶段“消能”和“引导”，障桩主要用于拦挡碎屑流中的巨大块石，主动消能网主要用于拦截、引导、堆积中、小型块石，并允许水流通过。本发明主动消能网所堆积的块石堆积体易于清理，网件易于更换维修，可操作性强。本发明不仅可用于碎屑流堆积区的防治，还可以依据地形，在碎屑流形成区多点布设。

Description

一种高位碎屑流多级自适应障桩群减灾结构及实施方法
技术领域
本发明涉及一种碎屑流拦挡工程技术，尤其是一种高位碎屑流多级自适应障桩群减灾结构及实施方法，属于地质灾害防治安全技术领域，广泛适用于高陡山区内高位碎屑流的防治。
背景技术
我国青藏高原东缘是全球地形陡度变化最大的强震区，极端复杂的地质地貌条件导致地震触发的地质灾害显著强烈于其他地震区，具有体积巨大、高速远程和链式灾害特点。
由于需要在震后1～2年内完成原地重建，高位泥石流和碎屑流拦挡工程技术遇到了前所未有的挑战，成为世界级的减灾防灾科学技术难题。
目前，高位碎屑流拦挡通常采用的是已在高位泥石流拦挡工程中运用较多的重力坝、索网坝、格栅坝、桩林坝、桩梁坝等，其中桩林及桩梁坝兼具水石分治和抵抗大块石冲击的优点，已在甘肃舟曲三眼峪沟、罗家峪沟、四川清平文家沟、宝兴冷木沟等特大泥石流治理工程中得到成功应用。
然而，高位碎屑流中块石众多，速度快，能级高、巨石冲击力大，单纯依靠刚性桩体结构“硬碰硬”拦挡，势必造成结构设计截面面积过大，成本高，施工周期长，也对施工期间的安全造成不利影响。
因此迫切需要研究一种在碎屑流灾害体运动路径中，可对高速运动的灾害体进行多级拦挡和消能，减缓大冲击力碎屑流体风险的新型刚柔组合结构。
高位碎屑流防治具有重要的社会意义和经济价值。高位碎屑流具有连发型和链状性特征，若处置不及时，极易进一步铲刮形成更高能级、更大体积的碎屑流和泥石流，并形成堰塞湖灾害，危害更为巨大。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述问题，通过设置分离式障桩群和增设主动消能网，提出一种新型的多级消能自适应障桩群拦挡结构，从而达到桩体、网体多级多阶段消能和引导碎屑流体的能力。其中前排桩体兼具抗巨石冲击和支撑主动消能网两个作用。
本发明的目的以及解决其技术问题可以通过以下技术方案来实现。
依据本发明提出的高位碎屑流多级自适应障桩群减灾技术，包括：第一排马蹄形钢筋混凝土障桩(1)、第二排矩形钢筋混凝土障桩(2)、以及第三排矩形钢筋混凝土护底桩(3)。桩顶布设主动消能网(4)，且主动消能网靠近山体(5)侧贴近山体(5)布置。主动消能网(4)包括横向支撑绳(4-1)和纵向支撑绳(4-2)。其中，横向支撑绳(4-1)在马蹄形钢筋混凝土障桩(1)与马蹄形钢筋混凝土障桩(1)之间或矩形钢筋混凝土障桩(2) 与矩形钢筋混凝土障桩(2)之间或矩形钢筋混凝土护底桩(3)与矩形钢筋混凝土护底桩(3)之间时是通过桩顶支座(6)连接，当横向支撑绳(4-1) 处于山体(5)与马蹄形钢筋混凝土障桩(1)之间或山体(5)与矩形钢筋混凝土障桩(2)之间或山体(5)与矩形钢筋混凝土护底桩(3)之间时，是通过桩顶支座(6)与埋设于山体(5)内部的锚杆(7)连接，且所述横向支撑绳(4-1)上设置有耗能器(8)。
主动消能网(4)覆盖于障桩群顶部及矩形钢筋混凝土护底桩(3) 顶部；主动消能网(4)两侧及尾侧密贴周边山体(5)。
所述矩形钢筋混凝土护底桩(3)与矩形钢筋混凝土障桩(2)之间的距离L可达到20～50m。
所述靠山侧横向支撑绳锚固位置不高于桩顶位置。
所述矩形钢筋混凝土护底桩(3)截面面积明显小于马蹄形钢筋混凝土障桩(1)或矩形钢筋混凝土障桩(2)截面面积，可为矩形钢筋混凝土障桩(2)截面面积的1/16～1/36。
所述矩形钢筋混凝土护底桩(3)高度H明显小于马蹄形钢筋混凝土障桩(1)或矩形钢筋混凝土障桩(2)高度，可为矩形钢筋混凝土障桩(2) 高度的1/30～1/15。
所述高位碎屑流多级自适应障桩群左右对称设置，其中轴线沿山地纵坡布置，马蹄形钢筋混凝土障桩(1)与矩形钢筋混凝土障桩(2)呈前后交错布置，矩形钢筋混凝土障桩(2)与矩形钢筋混凝土护底桩(3)呈沿纵向平行布置。
有益效果
本发明一种高位碎屑流多级自适应障桩群减灾技术，具有以下效果：
(1)利用障桩群、主动消能网对含有大量块石的碎屑流起到多级多阶段“消能”和“引导”，障桩主要用于拦挡碎屑流中的巨大块石，主动消能网主要用于拦截、引导、堆积中、小型块石，并允许水流通过。
(2)本发明可以通过科学计算库容进而用于设计。不同于单一障桩群、桩林坝、桩梁坝，难以计算库容。
(3)本发明主动消能网所堆积的块石堆积体易于清理，网件易于更换维修，可操作性强。
(4)本发明不仅可用于碎屑流堆积区的防治，还可以依据地形，在碎屑流形成区多点布设，有很好的环境适应性。
综上所述，本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的技术方法。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，同时可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳的实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的正视示意图；
图2为本发明的轴侧示意图；
图3为本发明的侧视示意图；
1、马蹄形钢筋混凝土障桩，2、矩形钢筋混凝土障桩，3、矩形钢筋混凝土护底桩，4、主动消能网，4-1、横向支撑绳，4-2、纵向支撑绳，5、山体，6、桩顶支座，7、锚杆，8、耗能器
具体实施方式
为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对高位碎屑流多级自适应障桩群减灾技术作进一步详细描述。
由图1所示的高位碎屑流多级自适应障桩群减灾技术平面布置示意图并结合图2、3看出，依据本发明提出的高位碎屑流多级自适应障桩群减灾技术包括：障桩群和主动消能网两大主体结构。其中，障桩群主要由第一排马蹄形钢筋混凝土障桩、第二排矩形钢筋混凝土障桩组成，两者之间呈“雁列”式错落布置，桩底深入基岩；主动消能网主要由横向、纵向支撑绳组成、并在障桩顶部、靠山侧分别通过桩顶支座、锚杆进行连接固定，并最终与第三排矩形钢筋混凝土护底桩连接，空间形态上呈现迎撞面张口，尾部即护底桩部位收口的形态。护底桩可用直径<500mm的小口径桩或截面面积约为第二排矩形钢筋混凝土障桩1/5的小截面桩。护底桩与第二排矩形钢筋混凝土障桩之间的距离L以及护底桩的高度H(即露出地面的高度)通过百年一遇降雨频率下碎屑流启动的动储量体积来计算。
实施例：某巨型滑坡前缘完全解体，近期多次发生碎屑流运动，威胁下方乡镇。滑坡前缘距离乡镇高差约250m，该部位形态上为直线型斜坡，大部分完整基岩出露。碎屑流块石块度大小不均，一般2～15cm，局部直径 30～50cm，以棱角状为主。
具体施工步骤：第一步骤：安全防护，将主动消能网完全封闭覆盖碎屑流发生部位，并进行边界锚固。利用位移计、裂缝计、边坡雷达加强该覆盖区的变形监测；第二步骤：临时固坡，利用风钻施工快速布设锚杆，进一步稳定覆盖区内松散体；第三步骤：测量定位，确定障桩、护底桩的位置；第四步骤：快速施工障桩、护底桩，此时，吊装预制好的障桩、护底桩，并快速安装于基岩上，在安装部位二次注浆；第五步骤：分级提升主动消能网，待障桩、护底桩达到混凝土75％以上的强度后，松弛障桩附近的主动消能网，即减少边界锚固，提升主动消能网至障桩、护底桩顶部覆盖；第六步骤：二次加固，锚杆加固主动消能网靠山侧边界，安装调整好障桩、护底桩顶部与主动消能网之间的连接。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计、施工原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的内容基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种高位碎屑流多级自适应障桩群减灾结构，包括：第一排马蹄形钢筋混凝土障桩（1）、第二排矩形钢筋混凝土障桩（2）、以及第三排矩形钢筋混凝土护底桩（3）；桩顶布设主动消能网（4）；主动消能网（4）包括横向支撑绳（4-1）和纵向支撑绳（4-2）；其中，横向支撑绳（4-1）在马蹄形钢筋混凝土障桩（1）与马蹄形钢筋混凝土障桩（1）之间、矩形钢筋混凝土障桩（2）与矩形钢筋混凝土障桩（2）之间以及矩形钢筋混凝土护底桩（3）与矩形钢筋混凝土护底桩（3）之间时是通过桩顶支座（6）连接，当横向支撑绳（4-1）处于山体（5）与马蹄形钢筋混凝土障桩（1）之间、山体（5）与矩形钢筋混凝土障桩（2）之间以及山体（5）与矩形钢筋混凝土护底桩（3）之间时，是通过桩顶支座（6）与埋设于山体（5）内部的锚杆（7）连接，且所述横向支撑绳（4-1）上设置有耗能器（8）；
所述矩形钢筋混凝土护底桩（3）与矩形钢筋混凝土障桩（2）之间的距离L为20~50 m；
靠山侧横向支撑绳锚固位置不高于桩顶位置；
所述矩形钢筋混凝土护底桩（3）截面面积为矩形钢筋混凝土障桩（2）截面面积的1/16~1/36；
所述矩形钢筋混凝土护底桩（3）高度为矩形钢筋混凝土障桩（2）高度的1/30~1/15；
所述高位碎屑流多级自适应障桩群左右对称设置，其中轴线沿山地纵坡布置，马蹄形钢筋混凝土障桩（1）与矩形钢筋混凝土障桩（2）呈前后交错布置，矩形钢筋混凝土障桩（2）与矩形钢筋混凝土护底桩（3）呈沿纵向平行布置；
包括：主动消能网（4）覆盖于第一排马蹄形钢筋混凝土障桩（1）和第二排矩形钢筋混凝土障桩（2）顶部及矩形钢筋混凝土护底桩（3）顶部；主动消能网（4）两侧及尾侧密贴周边山体（5）；
具体施工步骤如下：第一步骤：安全防护，将主动消能网完全封闭覆盖碎屑流发生部位，并进行边界锚固；利用位移计、裂缝计或/和边坡雷达加强该覆盖区的变形监测；第二步骤：临时固坡，利用风钻施工布设锚杆，进一步稳定覆盖区内松散体；第三步骤：测量定位，确定障桩和护底桩的位置；第四步骤：施工障桩和护底桩，此时，吊装预制好的障桩和护底桩，并安装于基岩上，在安装部位二次注浆；第五步骤：分级提升主动消能网，待障桩和护底桩达到二次注浆75%以上的强度后，松弛障桩附近的主动消能网，即减少边界锚固，提升主动消能网至障桩、护底桩顶部覆盖；第六步骤：二次加固，锚杆加固主动消能网靠山侧边界，安装调整好障桩和护底桩顶部与主动消能网之间的连接。
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